Bipolarplatte und Brennstoffzelle mit einer solchen

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle umfassend eine profilierte Anodenplatte und eine profilierte Kathodenplatte, jeweils aufweisend einen aktiven Bereich sowie zwei Verteilerbereiche zur Zu- und Ableitung von Betriebsmedien zu bzw. aus dem aktiven Bereich, wobei die Verteilerbereiche jeweils einen Anodengashauptport zur Zu- und Abführung von Brennstoff, einen Kathodengashauptport zur Zu- und Abführung von

Oxidationsm ittel sowie einen Kühlmittelhauptport zur Zu- und Abführung von Kühlmittel aufweisen, welche entlang einer Seitenkante der Bipolarplatte angeordnet sind, wobei die Platten derart ausgebildet und übereinander angeordnet sind, dass die Bipolarplatte Kanäle für die Betriebsmedien aufweist, weiche die Betriebsmittelhauptports beider Verteilerbereiche miteinander verbinden, und wobei die Verteilerbereiche zumindest einen

Überschneidungsabschnitt aufweisen, in dem die Kanäle einander nicht fluidverbindend überschneiden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Brennstoffzelle mit einer solchen

Bipolarplatte.

Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die sogenannte Membran-Elektroden-Einheit (MEA für membrane electrode assembly), die ein Verbund aus einer ionenleitenden, insbesondere protonenleitenden Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten Elektrode (Anode und Kathode) ist. Zudem können Gasdiffusionsschichten (GDL) beidseitig der Membran-Elektroden-Einheit an den, der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sein. In der Regel wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl, im Stapel (stach) angeordneter MEAs gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Brennstoff, insbesondere Wasserstoff H ₂ oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch, der Anode zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation von H ₂ zu H ⁺ unter Abgabe von Elektronen stattfindet. Über den Elektrolyten oder die Membran, welche die Reaktionsräume gasdicht voneinander trennt und elektrisch isoliert, erfolgt ein (wassergebundener oder wasserfreier) Transport der Protonen H ⁺ aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch zugeführt, sodass eine Reduktion von 0 ₂ zu O ^2" unter Aufnahme der Elektronen stattfindet. Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum diese Sauerstoffanionen mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser, Durch die direkte Umsetzung von chemischer in elektrische Energie erzielen Brennstoffzellen gegenüber anderen Elektrizitätsgeneratoren aufgrund der Umgehung des Carnot-Faktors einen verbesserten Wirkungsgrad.

Die Brennstoffzelle wird durch eine Vielzahl, im Stapel angeordneter Membran-Elektroden- Einheiten gebildet, sodass auch von einem Brennstoffzellenstapel gesprochen wird. Zwischen zwei Membran-Elektroden-Einheiten ist jeweils eine Bipolarplatte angeordnet, welche eine Versorgung der Einzelzellen mit den Betriebsmedien, also den Reaktanden und einer

Kühlflüssigkeit, sicherstellt. Zudem sorgen die Bipolarplatten für einen elektrisch leitfähigen Kontakt zu den Membran-Elektroden-Einheiten. Des Weiteren gewährleisten sie eine dichte Trennung zwischen Anoden- und Kathodenraum,

Die Bipolarplatten sind zumeist aus zwei profilierten Elektrodenplatten aufgebaut, welche eine Struktur in Form eines beiderseits der Platten angeordneten Höhenprofils aufweisen. Durch dieses Profil ergeben sich beiderseits der Platten mehr oder weniger diskrete Kanäle, die ausgebildet sind, die Betriebsmedien zu führen. Die Betriebsmedien sind wiederum durch die Platten voneinander getrennt, sodass im Inneren der Platte das Kühlmittel geführt wird, während außerhalb die Reaktandengase geführt werden. Die Kanäle der Reaktandengase sind zum einen von der jeweiligen Platte und zum anderen von einer Gasdiffusionsschicht begrenzt.

Die Bipolarplatten können unterschiedliche Strukturen zur Verteilung der Reaktanden (Brennstoff und Oxidationsmittel) über die Membranfläche aufweisen. Hierzu sind die beispielsweise in US 4,988,583 beschriebenen Kanäle bekannt, welche mäanderförmig über die Platte geführt werden. Sie gewährleisten eine gute Gleichverteilung der Betriebsmedien sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Flussraten. Mäanderstrukturen haben allerdings den Nachteil, dass sie bei hohen Flussraten große Druckverluste von einem ersten Verteilerbereich (Einlass) zu einem zweiten Verteilerbereich (Auslass) verursachen. Dadurch entsteht die Notwendigkeit, die Betriebsmedien mit hohem Druck zuzuführen, was zu energetischen Verlusten für das

Gesamtsystem führt.

Werden die Betriebsmedien hingegen durch eine Vielzahl von linearen Kanälen vom ersten Verteilerbereich zum zweiten Verteilerbereich geführt, kommt es regelmäßig zu

Ungleichverteilungen bei hohen Flussraten aufgrund der mangelnden Möglichkeit zur

Querverteilung der Strömung. Sie weisen allerdings über die Länge der Brennstoffzelle einen wesentlich geringeren Druckverlust auf als die Mäanderstrukturen. Darüber hinaus sind auch Druckunterschiede zwischen benachbarten Strömungskanälen von erheblicher Wichtigkeit für die Konstruktion einer Brennstoffzelle. Zur Homogenisierung der Drücke sowohl zwischen Verteilerbereichen als auch zwischen den Kanälen sind

serpentinenartige Strömungskanäle, wie in WO 2005/112163 A2 beschrieben, bekannt, Serpentinenartige Strömungen besitzen im Allgemeinen eine ungerade Anzahl von Schenkeln, die sich in Gestalt von Spitzkehren über die Verteilerbereiche beziehungsweise die Bipolarplatte erstrecken. Hierbei werden verschiedene Breiten, Tiefen und Längen der Strömungskanäle verwendet, um den hydraulischen Querschnitt der Kanäle lokal derart zu verändern, dass gezielt Druckunterschiede entstehen, welche die Betriebsmedien innerhalb der Kanäle beschleunigen oder sogar eine Querströmung über die MEA zu begünstigen.

DE 103 94 052 T5 beschreibt weiterführend ein Strömungsfeld einer PEM-Brennstoffzelle, das Strömungskanäle mit verzweigten Überschneidungsabschnitten angrenzend an die

Verteilerbereiche aufweist, um die Druckunterschiede zwischen den Verteilerbereichen zu verringern.

Um gezielt eine Querströmung der Betriebsmittel über die Fläche der Bipolarplatte zu erzielen, schlägt DE 101 63 631 A1 eine spezielle Anordnung von Stegen auf der Oberfläche der Bipolarplatte vor, wobei innerhalb einer Reihe mehrere durch Auslassungen unterbrochene Stege hintereinander angeordnet sind.

In einem vergleichbaren Ansatz beschreibt DE 10 2005 057 045 A1 eine Struktur einer Bipolarplatte, wobei im Verteilerbereich die übliche Kanalstruktur zugunsten einer Struktur aufgebrochen ist, welche aus minimalen Stützstellen besteht.

Darüber hinaus wird in der Entwicklung von Brennstoffzellen das Ziel verfolgt, die Höhe einer Bipolarplatte und somit die Höhe des Brennstoffzellenstapels weiter zu reduzieren, Aus der Reduktion der Höhe der Bipolarplatten ergibt sich die Problematik, dass auch in Einströmbereichen der Fluide von den randseitig angeordneten Ports zu den eigentlichen Fluidkanälen, die Bauhöhe reduziert werden muss, um die Höhe der gesamten Bipolarplatte reduzieren zu können. Der Einströmbereich sollte einerseits einen möglichst kleinen Bauraum einnehmen, andererseits ausreichend groß sein, um eine gleichmäßige Verteilung der Fluide zu

gewährleisten. Dies ist insbesondere für hohlgeprägte Bipolarplatten, etwa aus dünnen

Metall platten, problematisch, weil die Fluide sich in dem Einströmbereich kreuzen. Dies bedeutet, dass die Höhe des Einströmbereichs noch weiter reduziert werden muss. Aus der Offenlegungsschrift DE 100 150380 A1 ist eine Bipolarplatte bekannt, bei der eine Kreuzung von Fluiden in dünnen Bipolarplatten realisiert ist, wobei ein Kühlfluid quer über eine rechtwinklig angeordnete Struktur der Gasführungskanäle geführt ist. Dabei kann die Kanaltiefe auf der Anoden- und Kathodenseite in den Bereichen reduziert werden, in denen sich das Kühlfluid kreuzt.

Somit wird in diesen Ansätzen der hydraulische Querschnitt der Kanäle zuungunsten der Druckverhältnisse verschlechtert.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Bipolarplatte bereitzustellen, deren hydraulischer Querschnitt dahingehend optimiert ist, dass der Druckverlust reduziert wird.

Insbesondere in wasserproduzierenden Bereichen der Brennstoffzelle führt ein ungünstiger hydraulischer Querschnitt (also ein zu hoher Strömungswiderstand für das fließende

Betriebsmittel) und insbesondere Querschnittserniedrigungen durch Höhenreduktion und Spitzkehren in den Kanälen zu einem erhöhten Auftreten von Wasseransammlungen und damit einhergehend zu Verstopfungen, was mit vorliegender Erfindung vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden soll. Ferner soll eine Gleichverteilung der Betriebsmedien über die Breite der Brennstoffzelle, insbesondere in den Verteilerbereichen, erreicht werden.

Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle gelöst, umfassend eine profilierte Anodenplatte und eine profilierte Kathodenplatte, jeweils aufweisend zwei Verteilerbereiche zur Leitung von Betriebsmedien mit je einem Anodengashauptport zur Zu- und Abführung von Brennstoff, je einem Kathodengashauptport zur Zu- und Abführung von Oxidationsmittel sowie je einem Kühlmittelhauptport zur Zu- und Abführung von Kühlmittel, weiche entlang einer Seitenkante, also nebeneinander, angeordnet sind, wobei die Platten derart ausgebildet und übereinander positioniert sind, dass die Bipolarplatte Kanäle aufweist, welche die Betriebsmittelhauptports mit dem aktiven Bereich verbinden. Ferner weisen die Verteilerbereiche zumindest einen Überschneidungsabschnitt auf, in dem die Kanäle einander nicht fluidverbindend überschneiden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der

Kathodengashauptport zwischen Anodengashauptport und Kühlmittelhauptport angeordnet ist und von diesem ausgehend Kathodenkanäle geradlinig über zumindest den Verteilerbereich der Brennstoffzelle verlaufen.

Unter Kanälen werden offene (also rinnenförmige) oder geschlossene (also röhrenförmige) Fluid-Verbindungen zum Transport der Betriebsmittel verstanden. Sie können als diskrete Kanäle oder als Flussfeld beziehungsweise Strömungsfeld, welches eine laterale Strömung erlaubt, ausgebildet sein.

Eine erfindungsgemäße Bipolarplatte hat insbesondere den Vorteil, dass aufgrund der Geradlinigkeit der Kathodenkanäle ein Wasseraustrag begünstigt ist und somit eine

Verstopfung von Kathodenkanälen infolge einer Wasseransammlung weitestgehend oder vollständig unterbunden wird. Ferner sind aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung alle Kathodenkanäle gleich lang. Vorzugsweise wird die Geradlinigkeit über den Verteilerbe reich hinaus im aktiven Bereich fortgesetzt und erstreckt sich somit über die gesamte Platte von einem Kathodengashauptport eines Verteilerbereichs zu einem Kathodengashauptport des anderen Verteilerbereichs. Dies begünstigt wiederum eine homogene Verteilung des Drucks von Reaktandenfluiden (da diese insbesondere gasförmig vorliegen, werden sie folgend auch als Reaktandengase bezeichnet) innerhalb der Kathodenkanäle über die gesamte Fläche der Bipolarplatte.

Als Port sind vorliegend insbesondere Öffnungen in der Bipolarplatte zu verstehen, welche in einem Brennstoffzellenstapel den Stapel durchsetzende Kanäle zur Führung von

Betriebsmedien ergeben.

Der Vorteil einer homogenen Druckverteilung, insbesondere über die Breite der Bipolarplatte, kann dadurch verstärkt werden, dass sich der Kathodengashauptport über die gesamte Breite aller Kathodenkanäle erstreckt. Somit ist in einer Ausgestaltungsform der Erfindung besonders bevorzugt, dass eine Breite der Bipolarplatte im aktiven Bereich geringer ist als im Verteilerbereich.

Vorliegend wird eine Bipolarplatte in drei Bereiche unterteilt, zwei Verteilerbereiche und einen aktiven Bereich. Ein erster Verteilerbereich dient dabei der Zuleitung von Betriebsmedien zu dem aktiven Bereich der Bipolarplatte, ein zweiter Verteilerbereich der Ableitung der

Betriebsmedien aus dem aktiven Bereich. Bevorzugt sind beide Verteilerbereiche gleich ausgeführt, insbesondere durch Spiegelsymmetrie, vorzugsweise Rotationssymmetrie ineinander überführbar. In den Verteilerbereichen sind wiederum die Betriebsmittelhauptports, also Anodengashauptport, Kühlmittelhauptport und Kathodengashauptport, nebeneinander angeordnet. Hierbei bedeutet nebeneinander, dass die Betriebsmittelhauptports entlang einer Seitenkante, insbesondere einer kurzen Seitenkante der Bipolarplatte, angeordnet sind. Üblicherweise sind die Betriebsmittelhauptports anhand ihrer Ausbildung, insbesondere ihrer Größenverhältnisse klassifizierbar. So weißt sowohl im Stand der Technik als auch in vorliegender Erfindung der Kathodengashauptport von den drei verschiedenen

Betriebsmittelhauptports stets die größte lichte Fläche auf, die lichte Fläche des

Anodengashauptports ist hingegen zumeist kleiner ausgeführt als die Flächen von

Kathodengashauptport und Kühlmittelhauptport. So ist in vorliegender Erfindung auch im passiven Zustand die Funktion des jeweiligen Betriebsmittelhauptports eindeutig identifizierbar.

Der aktive Bereich, welcher zwischen den beiden Verteilerbereichen angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass im zusammengebauten Zustand des Brennstoffzellenstapels dieser Bereich eine Elektrode der Membran-Elektroden-Einheit kontaktiert. Das heißt im aktiven Bereich finden die chemischen Reaktionen statt, welche Grundlage für die Energieerzeugung in einer Brennstoffzelle sind.

Bei den Betriebsmedien handelt es sich vorliegend um Fluide, also flüssig oder gasförmig vorliegende Stoffe, welche durch die jeweiligen Betriebsmittelhauptports über geeignete Zuführungen auf die Plate gegeben werden. Dabei handelt es sich um zwei Reaktandenftuide, insbesondere ein Kathodenbetriebsmittel (Oxidationsmittel) und ein Anodenbetriebsmittel (Brennstoff) sowie ein Kühlmittel, vorzugsweise Wasser. Bevorzugt wird Sauerstoff als

Oxidationsmittel und Wasserstoff als Brennstoff verwendet.

Erfindungsgemäß verlaufen die Kathodenkanäle einer Bipolarplatte über zumindest den

Verteilerbereich geradlinig. Darunter ist vorliegend zu verstehen, dass die Kathodenkanäle in Aufsicht auf die Kathoden platte keine Kehren aufweisen. Vorzugsweise sind sie parallel zueinander angeordnet Eine derartige Anordnung findet sich erfindungsgemäß zumindest im Verteilerbereich. Ebenfalls bevorzugt wird diese Anordnung über die gesamte Länge der Bipolarplatte, also auch im aktiven Bereich, fortgeführt. Der geradlinige Verlauf der

Kathodenkanäle hat den Vorteil, dass eine Wasseransammlung und eine damit einhergehende Verstopfung der Kathodenkanäle durch eine Verbesserung des hydraulischen Querschnitts im gesamten Kathodenkanalbereich verhindert wird. Ferner können erfindungsgemäße

Bipolarplatten mit Niederdruckstrategie, also einem Betriebsmitteldruck von kleiner 5 bar, betrieben werden.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Hauptströmungsrichtung zumindest in einem Teil des Übereinstimmungsabschnitts des Kühlmittels quer zu den

Kafhodenkanälen verläuft. Dies hat den Vorteil, dass das Kühlmittel über die gesamte Breite aller Kat odenkanäle gleichmäßig verteilt wird. Insbesondere werden die äußeren Ränder, also ein erster und ein letzter Kathodenkanal mit Kühlmittel versorgt, welches nahezu den gleichen Druck sowie die gleiche Temperatur aufweist.

Unter Hauptströmungsrichtung ist dabei die Strömungsrichtung des Oberwiegenden Teils des Kühlmittels zu verstehen, Diese wird zum einen durch den Impuls und die Trägheit des Wassers bestimmt, kann zum anderen aber durch Widerstände, beispielsweise Querstege in der Kanalstruktur, verändert bzw. umgeleitet werden.

Hierzu ist der Kühlmittelhauptport im Verteilerbereich benachbart zu dem

Kathodengashauptport angeordnet. Insbesondere ist er außerhalb einer gedachten

Verlängerung des aktiven Bereichs innerhalb des Verteilerbereichs angeordnet Mit anderen Worten liegt der Kühlmittelhauptport bevorzugt in einem Teil des Verteilerbereichs, welcher außerhalb der Breite des aktiven Bereiches liegt.

Ausgehend vom Kühlmittelhauptport verlaufen parallel zueinander angeordnete

Kühlmittelkanäle zum Transport von Kühlmittel in dieser Ausgestaltung zunächst parallel zu den Kathodenkanälen. Anschließend werden die Kühlmittelkanäle mit bogenförmigem Verlauf in einem Winkel von 75° bis 95°, bevorzugt in einem Winkel von 90°, in Richtung der

Kathodenkanäle geführt. Die Kühlmittelkanäle sind vorzugsweise über die gesamte

Bipolarplatte als geschlossene, zwischen den beiden Platten verlaufende Kanäle ausgebildet. Zwischen den Kühlmittelhauptports und dem Oberschneidungsbereich sind die Kühlmittelkanäle vorzugsweise durch Rinnen einer der Platten, vorzugsweise der Kathodenplatte, ausgebildet, die in Richtung ihrer Außenfläche ausgeprägt sind. Mit Übergang in einen ersten

Überschneidungsabschnitt ergeben sich die Kühlmittelkanäle aus der negativen Struktur der Elektrodenodenkanäle, nämlich in der wellenförmigen Struktur auf der einer Elektrodenseite abgewandten Seite der Elektrodenodenplatte und verlaufen somit parallel zu diesen {siehe Figur 4).

Die Hauptströmungsrichtung des Kühlmittels folgt der Struktur der Kühlmittelkanäle und ist somit in dem Überschneidungsabschnitt, an dem Kühlmittelkanäle und Kathodenkanäle aufeinander treffen, quer, insbesondere orthogonal, zu den Kathodenkanälen ausgerichtet.

Bevorzugt wird die quer verlaufende Hauptströmungsrichtung des Kühlmittels über die gesamte Breite sämtlicher Kathodenkanäle ausgeführt. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass in den Überschneidungsabschnitten neben einer Strömung des Kühlmittels entlang der Kanalböden auch eine Strömung quer zu den Kanalböden, also über die Kanalstege, möglich ist. Hierzu sind die Überschneidungsabschnitte innerhalb des Verteilerbereiches vorzugsweise so ausgebildet, dass die gegenüberliegenden Kanalstege der beiden Platten keinen Kontakt zueinander aufweisen.

Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zumindest eine der Platten in den Überschneidungsabschnitten keine diskreten Kanäle aufweist, sondern vielmehr eine Art Noppenstruktur, in welcher lokal lediglich Erhebungen zur Abstützung der Platte ausgeformt sind, welche allerdings soweit voneinander beabstandet sind. In dieser Ausführung sind die Kühlmittelkanäle dieses Abschnitts somit als (gerichtetes) Strömungsbild ausgebildet

Beispielsweise wird zumindest eine Platte für den Aufbau der Bipolarplatte verwendet, die im zweiten Überschneidungsabschnitt keine rinnenartigen, durchgehenden Vertiefungen wie im Stand der Technik aufweist, sondern noppenartige Erhebungen (siehe Figur 6). Dabei wird unter dem Begriff noppenartige Erhebung eine Auswölbung einer ansonsten ebenen Platte verstanden, die eine durchgehende umlaufende Kontur bezüglich des ebenen Untergrunds der Platte aufweist.

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung wird eine Querströmung des Kühlmittels im

Überschneidungsabschnitt durch eine Anordnung der Anodenkanäle derart erreicht, dass sie gleichgerichtet mit den Kanalstegen der Kathodenkanäle verlaufen, die Kanalstege jedoch nicht miteinander in Kontakt stehen. Hierzu ist ein Versatz der Kanäle, insbesondere von einer Kanalbreite, bevorzugt. Folglich sind bevorzugt die Kanalböden der einen Platte deckungsgleich mit den Kanalstegen der anderen Platte angeordnet, was zur Folge hat, dass die Platten in diesem Abschnitt einander nicht berühren und somit das Kühlmittel, welches zwischen den Platten überschneidend mit den Kanalstrukturen der Anoden- und/oder Kathodenplatte verläuft und zudem auch quer zu diesen Kanälen strömt (stehe Figur 4).

Neben der Möglichkeit der Querströmung des Kühlmittels im Überschneidungsabschnitt hat eine derartige Anordnung den Vorteil, dass die effektive Höhe der einzelnen Kanäle (Kathoden-, Anoden- und Kühlmittelkanal), welche sich aus der Höhe der Bipolarplatte ergibt, vergleichsweise größer ausgeführt werden kann als in einer herkömmlichen Anordnung, in welcher Kathoden- und Anodenkanäle, also die jeweiligen Kanalstege parallel übereinander angeordnet sind und miteinander in Kontakt stehen. Somit kann der hydraulische Querschnitt nicht nur für das Kühlmittel, sondern auch für die Reaktandengase optimiert werden, was wiederum eine verbesserte Druckverteilung aller Betriebsmedien zur Folge hat. In einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung ist bevorzugt, dass die Anodenkanäle in einem Überschneidungsabschnitt orthogonal zu den Kathodenkanälen angeordnet sind. Dies führt in vorteilhafter Weise dazu, dass das Brennstoff über die gesamte Breite der Kathodenkanäle bzw. die gesamte Breite der aktiven Fläche mit möglichst homogener Druckverteilung, also nahezu ohne Druckverlust, verteilt und der aktiven Fläche zugeführt werden kann.

Eine mögliche Ausgestaltung dieser Ausfü rungsform sieht vor, dass der Anodengashauptport benachbart zum Kathodengashauptport gegenüber dem Kühlmittelhauptport desselben

Verteilerbereichs angeordnet ist. Insbesondere ist der Anodengashauptport innerhalb des Verteilerbereichs außerhalb einer Breite der aktiven Fläche angeordnet. Ausgehend vom

Anodengashauptport verlaufen Anodenkanäle zueinander parallel und zunächst zusätzlich parallel zu den Kathodenkanälen. Anschließend werden sie umgelenkt und in einem rechten Winkel (85° bis 95°) zu den Kathodenkanälen geführt. Zumindest ein Anodenkanal ist anschließend derart ausgebildet, dass er über die gesamte Breite sämtlicher nebeneinander angeordneter Kathodenkanäle verläuft. Bevorzugt handelt es sich dabei um einen äußeren, dem Kathodengashauptport zugewandten Anodenkanal. Zumindest ein weiterer Anodenkanal, insbesondere der äußere, dem Kathodengashauptport abgewandte Anodenkanal verläuft hingegen bevorzugt nicht über die gesamte Breite der Kathodenkanäle. Somit verläuft zumindest ein Teil der Anodenkanäle in dem Überschneidungsabschnitt quer, also orthogonal, zu den Kathodenkanälen.

Mit besonderem Vorteil sind die Ausführungsformen parallel versetzter Anodenkanäle und orthogonal zu den Kathodenkanälen angeordneter Kanäle miteinander kombinierbar. Dazu ist bevorzugt der Überschneidungsabschnitt in zwei Teile unterteilt, welche bevorzugt gleich groß ausgeführt sind. In einem dieser Teile, dem ersten Überschneidungsabschnitt in Form aneinandergrenzender Dreiecke, der an den aktiven Bereich angrenzt, verlaufen die

Anodenkanäle parallel und versetzt zu den Kathodenkanälen. Sn dem anderen Teil, dem zweiten Überschneidungsabschnitt, hingegen orthogonal zu den Kathodenkanälen, Bevorzugt stellen die beiden Teile jeweils rechtwinklige Dreiecke dar, wobei die Hypotenusen der beiden Dreiecke zusammenfallen. Im Bereich der Hypotenuse findet ein Übergang vom zweiten

Überschneidungsabschnitt mit quer zu den Kathodenkanälen verlaufenden Anodenkanälen in den ersten Überschneidungsabschnitt mit parallel und versetzt zu den Kathodenkanälen verlaufenden Anodenkanälen statt. Ferner wird die Gegenkathete des jeweiligen Dreiecks durch die Breite aller Kathodenkanäle, also durch die Breite der aktiven Fläche, definiert. In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist bevorzugt, dass die Kathodenkanäle und die Anodenkanäle im aktiven Bereich der Bipolarplatte parallel übereinander angeordnet sind.

Bevorzugt verlaufen also im aktiven Bereich Anoden- und Kathodenkanäle deckungsgleich übereinander, sodass die Anodenkanalböden bevorzugt über die gesamte Länge des aktiven Bereiches der Bipolarplatte mit den jeweils gegenüberliegend angeordneten

Kathodenkanalböden in Kontakt stehen und sich in den entstehenden Zwischenräumen diskrete Kühlmittelkanäle ausbilden. Dies hat den Vorteil, dass die Bipolarplatte im aktiven Bereich zusätzlich die Funktion der Abstützung sowie eine elektrische Leitung zwischen den Platten erfüllt. Die Hauptströmungsrichtungen aller Betriebsmedien sind in dieser Ausgestaltungsform im aktiven Bereich parallel zueinander.

Die Kanäle des jeweiligen Reaktandenfluids sind im Aligemeinen durch das Profi! der zugehörigen Elektrodenplatte ausgebildet. Das heißt, die Anodenkanäle sind durch die

Ausgestaltung der Anodenplatte definiert, während sich die Kathodenkanäle aus dem Profil der Kathodenplatte ergeben. Die Kühlmittelkanäle ergeben sieh aus dem zugehörigen negativen Profil der beiden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist bevorzugt, dass die vom Kühlmittelhauptport ausgehenden Kühlmittelkanäle im Verteilerbereich nur auf einer der Platten, insbesondere der Kathoden platte, ausgestaltet sind. Die Gegenplatte begrenzt zwar ebenfalls den entstehenden Kühlmittelkanal, ist jedoch im betreffenden Bereich eben (unprofiliert) ausgebildet. Die Zuführung des Kühlmittels vom Kühlmittelhauptport bis zu der Überschneidung mit den Kathodenkanälen wird somit lediglich durch das Profil in der Kathodenplatte bestimmt. Alternativ ist bevorzugt, dass sich eine solche Ausgestaltung der Kühlmittelkanäle im

Verteilerbereich lediglich auf der Anodenplatte befindet. Diese Ausgestaltungformen weisen in erster Linie einen Produktionsvorteil auf.

Die Erfindung betrifft ferner eine Brennstoffzelle, umfassend einen Stapel einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Bipolarplatten sowie einer Mehrzahl von Membran-Elektroden-Einheiten, wobei die Bipolarplatten und die Membran-Elektroden-Einheiten abwechselnd aufeinander gestapelt sind.

Eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle weist mit Vorteil eine optimierte Druckverteilung mit niedrigem Druckverlust der Betriebsmedien, insbesondere des Kühlmittels, über die einzelnen Bipolarplatten aber auch über den gesamten Brennstoffzellenstapel auf.

In bevorzugter Ausgestaltung ist entlang des Brennstoffzellenstapels parallel zu den aktiven Bereichen der Bipolarplatten zwischen den Verteilerbereichen zumindest ein Spannelement angeordnet Wenn gemäß bevorzugter Ausgestaltung eine Breite der Btpolarplatte im aktiven Bereich geringer ist als im Verteilerbereich, ergeben sich seitliche Aussparungen im Stapel, innerhalb derer das zumindest eine Spannelement angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Spannelement insbesondere im aktiven Bereich der Brennstoffzelle Druck auf die

Bipolarplatten aufbaut, in welchen die Anforderungen an die entstehende Dichtung am höchsten sind. Ferner ist in diesem Bereich eine erfindungsgemäße Bipolarplatte stabiler ausgeführt, sodass der durch das Spannelement aufgebrachte Druck höher sein kann, als wenn das Spannelement im Verteilerbereich angeordnet wäre. Diese Erhöhung des möglichen Maximaldruckes wirkt sich wiederum positiv auf die Abdichtung im aktiven Bereich aus. Das Spannelement ist insbesondere als Federpaket ausgeführt.

Die Brennstoffzelle kann für mobile oder stationäre Anwendungen eingesetzt werden. Insbesondere dient sie der Stromversorgung eines Elektromotors für den Antrieb eines Fahrzeugs. Somit betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Fahrzeug, das eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle aufweist.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen

Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels,

Figur 2 eine Aufsicht auf einen Teil einer Kathodenplatte einer erfindungsgemäßen

Bipolarplatte in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung,

Figur 3 eine Aufsicht auf einen Teil einer Anodenplatte einer erfindungsgemäßen

Bipolarplatte in der ersten Ausgestaltung der Erfindung,

Figur 4 eine Aufsicht auf den Verteilerbereich einer Kathodenplatte einer

erfindungsgemäßen Bipolarplatte in der ersten Ausgestaltung der Erfindung, mit Schnittansicht nach Schnitt A-A der Bipolarplatte, Figur 5 eine Drahtmodellzeichnung eines Teils einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte in der ersten Ausgestaltung der Erfindung mit Schnittansicht nach Schnitt B-B der Bipolarplatte,

Figur 6 eine Aufsicht auf einen Teil einer Kathodenplatte einer erfindungsgemäßen

Bipolarplatte in einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung,

Figur 7 eine Aufsicht auf den Verteilerbereich einer Kathodenplatte einer

erfindungsgemäßen Bipolarplatte in der zweiten Ausgestaltung der Erfindung mit Schnittansicht nach Schnitt C-C der Bipolarplatte, und

Figur 8 eine Drahtmodellzeichnung eines Teils einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte in der zweiten Ausgestaltung der Erfindung,

Figur 1 zeigt in einer stark schematischen Darstellung einen Brenstoffzellenstapel. Der

Brennstoffzellenstapel 100 umfasst eine erste Endplatte 111 sowie eine zweite Endplatte 112. Zwischen den Endplatten 111, 112 ist eine Vielzahl übereinander gestapelter Stapelelemente angeordnet, welche Bipolarplatten 113 und Membran-Elektroden-Einheiten 114 umfassen. Die Bipolarplatten 113 sind mit den Membran-Elektroden-Einheiten 114 abwechselnd gestapelt. Die Membran-Elektroden-Einheiten 114 umfassen jeweils eine Membran und beidseitig der Membran anschließende Elektroden, nämlich eine Anode und eine Kathode (nicht dargestellt). An der Membran anliegend, können die Membran-Elektroden-Einheiten 114 zudem (ebenfalls nicht dargestellte) Gasdiffusionslagen aufweisen. Zwischen den Bipolarplatten 113 und

Membran-Elektroden-Einheiten 114 sind jeweils Dichtungselemente 115 angeordnet, welche die Anoden- und Kathodenräume gasdicht nach außen abdichten. Zwischen den Endplatten 111 und 112 ist der Brennstoffzellenstapel 100 mittels Spannelementen 116, z. B. Zugstangen oder Spannblechen, verpresst.

In Figur 1 sind von den Bipolarplatten 113 und den Membran-Elektroden-Einheiten 114 lediglich die Schmalseiten sichtbar. Die Hauptflächen der Bipolarplatten 113 und der Membran-Elektroden-Einheiten 114 liegen aneinander an. Die Darstellung in Figur 1 ist teilweise nicht dimensionsgetreu. Typischerweise beträgt eine Dicke einer Einzelzelle, bestehend aus einer Bipolarplatte 113 und einer Membran-Elektroden-Einheit 114, wenige mm, wobei die Membran- Elektroden-Einheit 114 die weitaus dünnere Komponente ist. Zudem ist die Anzahl der

Einzelzellen üblicherweise wesentlich größer als dargestellt. Figur 2 zeigt einen Ausschnitt einer Kathoden platte 8 einer Bipolarplatte. Dieser Ausschnitt umfasst einen Verteilerbereich 2 und einen aktiven Bereich 6, Ein weiterer nicht dargestellter Verteilerbereich schließt sich auf der gegenüberliegenden Seite des aktiven Bereichs an.

Die Kathodenplatte 8 ist aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise einem

metallischen Material, gefertigt. Sie weist sowohl im aktiven Bereich 6 als auch im Verteilerbereich 2 ein Profil zur Ausbildung von Kanälen am 41 , 51 auf.

Der Verteilerbereich 2 weist drei Öffnungen, sogenannte Betriebsmittelhauptports zur

Ausbildung von Betriebsmittelhauptkanälen auf, nämlich einen Anodengashauptport 3, einen Kathodengashauptport 4 sowie einen Kühlmittelhauptport 5. Die Betriebsmittelhauptports 3, 4 und 5 liegen entlang einer Kante der Kathodenplatte 8 nebeneinander. Der

Anodengashauptport 3 weist die kleinste lichte Fläche auf, der in der Mitte zwischen

Anodengas- und Kühlmittelhauptport 3 und 5 angeordnete Kathodengashauptport 4 weist die größte lichte Fläche auf, während der Kühlmittelhauptport 5 eine lichte Fläche aufweist, welche größer ist als die des Anodengashauptports 3 und kleiner als die des Kathodengashauptports 4. Die Kathodenkanäle 41 sind durch eine entsprechende Profilierung der Platte 8 rinnenförmig, also als offene Kanäle ausgebildet.

Ausgehend vom Kathodengashauptport 4 erstrecken sich Kathodenkanäle 41 geradlinig, also im Wesentlichen linear ohne Windungen, Kurven oder Kehren, über Verteilerbereich 2 und aktiven Bereich 6. Die Breite aller nebeneinander und parallel angeordneter Kathodenkanäle 41 entspricht in Summe im Wesentlichen der Breite des Kathodengashauptports 4.

Von dem Kühlmittelhauptport 5 führen Kühlmittelkanäle 51 hin zu den Kathodenkanälen 41. Anders als die Kathodenkanäle 41 sind die Kühlmittelkanäle 51 als geschlossene Kanäle ausgebildet, die zwischen der Platte 8 und der unter dieser angeordneten Platte 7 verlaufen. In der dargestellten Ausführungsform zeigen die Kühlmittelkanäle 51 eine größere lichte Fläche als die Kathodenkanäle 41. Die Kühlmittelkanäle 51 sind zueinander parallel angeordnet und verlaufen ausgehend vom Kühlmittelhauptport 5 zunächst parallel zu den Kathodenkanälen 41. Auf Höhe der Kathodenkanäle 41 ist das Profil der Kathodenplatte 8 derart ausgebildet, dass die resultierenden KQhlmittelkanäie 51 in einem Bogen quer, also in einem Winkel von ungefähr 90° (bevorzugt 80° bis 95°, insbesondere 85° bis 95°), auf die Kühlmittelkanäle 41 zu verlaufen. Davon ausgehend überschneiden die Kühlmittelkanäle 51 die Kathodenkanäle 41 in einem Überschneidungsabschnitt, welcher in einen ersten Überschneidungsabschnitt 9 und einen zweiten Überschneidungsabschnitt 10 unterteilt ist. Die Überschneidungsabschnitte 9 und 10 sind im Wesentlichen gleich groß und auf der Kathodenplatte 8 gleich ausgeführt.

Figur 3 zeigt eine Anoden platte 7, welche das Gegenstück der in Figur 2 abgebildeten

Kathoden platte 8 zur Ausbildung einer gemeinsamen Bipolarplatte 1 darstellt. Mit anderen Worten zeigt Figur 3 die Rückseite der Bipolarplatte aus Figur 2. Auch die Änodenplatte 7 ist in Figur 3 lediglich mit einem Ausschnitt gezeigt, welcher sich in einen Verteilerbereich 2 und einen aktiven Bereich 6 unterteilen lässt. Der Verteilerbereich 2 weist Öffnungen für

Kühlmittelhauptport 5, Kathodengashauptport 4 und Anodengashauptport 3 auf. Diese sind in Form, Größe und Anordnung ebenso ausgestaltet wie die korrespondierenden

Betriebsmittelhauptports 3, 4 und 5 der in Figur 2 gezeigten Kathodenplatte 8. Die gespiegelte Anordnung der Kanäle (Kühlmittelkanal in Figur 2 rechts außen, Kühlmittelkanal 5 in Figur 3 links außen) ist dadurch bedingt, dass zur Ausbildung einer gemeinsamen Bipolarplatte 1 die Anodenplatte 7 und die Kathodenplatte 8 derart aufeinander gebracht werden, dass die in den Figuren jeweils verdeckten Seiten einander zugewandt sind, sodass in den durch die Struktur gebildeten Zwischenräumen Kühlmittel geführt werden kann.

Die Anodenplatte 7 weist ebenso wie die in Figur 2 gezeigte Kathodenplatte 8 ein strukturgebendes Profil in Form eines wellenförmigen Querschnitts auf, wodurch offene Anodenkanile 31 auf der Oberfläche der Anodenplatte 7 ausgebildet werden. Bevor die Anodenkanäle 31 im aktiven Bereich 6 der Anodenplatte 7 deckungsgleich mit den Kathodenkanälen 41 der

Kathoden platte 8 verlaufen, erstrecken sie sich über einen ersten Überschneidungsabschnitt 9 und einen zweiten Überschneidungsabschnitt 10 durch den Verteilerbreich 2.

Im ersten Überschneidungsabschnitt 9 verlaufen Anodenkanäle 31 um eine Kanalbreite versetzt zu den Anodenkanälen im sich direkt anschließenden aktiven Bereich 6. Der erste

Überschneidungsabschnitt 9 beschreibt ein rechtwinkliges Dreieck, wobei dessen erste Kathete der Summe der Breite aller Anodenkanäle 31 im aktiven Bereich 6 entspricht. Die Länge der zweiten Kathefe hingegen entspricht im Wesentlichen der Breite des Anodengashauptports 3 und ist auf der dem Anodengashauptport 3 abgewandten Seite eines sich aus der Summe der Anodenkanäle 31 ergebenden Anodenflussfeldes angeordnet.

Die Hypotenuse des rechtwinkligen Dreiecks des ersten Überschneidungsabschnitts 9 stellt einen Übergang vom ersten Überschneidungsabschnitt 9 zum zweiten

Überschneidungsabschnitt 10 dar. Letzterer beschreibt ebenfalls die Form eines rechtwinkligen Dreiecks _» wobei die Hypotenusen beider Dreiecke aufeinander fallen und die Summe der Dreiecksflächen ein Rechteck ergeben, den dritten Überschneidungsabschnitt 1 1. Die Anodenkanäle 31 verlaufen innerhalb des zweiten Überschneidungsabschnitts 10 parallel zur ersten Kathete des rechtwinkligen Dreiecks des zweiten Überschneidungsabschnitts 10. Die Zahl der Anodenkanäle 31 kann ausgehend vom Anodengashauptport 3 bis in den zweiten

Überschneidungsabschnitt 10 hinein kleiner oder gleich der Anzahl der Kathodenkanäle 41 im aktiven Bereich 6 sein. Der Obergang auf eine größere Kanalzahl findet im ersten

Überschneidungsabschnitt 9 statt. Dies kann, wie in Figur 3 gezeigt, derart geschehen, dass die Anodenkanäle 31 zunächst über die gesamte Breite des Kathodengashauptports 4 gleichmäßig verteilt angeordnet werden. Dadurch ergibt sich zunächst ein größerer Abstand der Kanalstege und somit ein größerer Durchmesser bzw. Querschnitt der Anodenkanäle 31. Innerhalb dieses vergrößerten Durchmessers werden dann vorzugsweise weitere Kanalstege angeordnet, sodass sich die Anzahl der Anodenkanäle 31 erhöht, insbesondere verdoppelt. Bevorzugt entspricht die Anzahl der Anodenkanäle 31 einer Anodenplatte 7 im ersten

Überschneidungsabschnitt 9 sowie im aktiven Bereich 6, wie in Figur 3 gezeigt, der Anzahl von Kathodenkanälen 41 einer korrespondierenden Kathodenplatte 8, wie sie beispielsweise in Figur 2 gezeigt ist.

Die Kathodenplatte 8 kann mit der Anoden platte 7 zu einer wie in Figur 4 gezeigten

Bipolarplatte 1 zusammengesetzt werden. Dazu werden die jeweiligen Kühlmittelseiten der Elektrodenplatten derart einander zugewandt, dass die entsprechenden

Betriebsmittelhauptports 3, 4 und 5 im Verteilerbereich deckungsgleich übereinander liegen,

Figur 4 zeigt einen Verteilerbe reich 2 einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte 1 in einer Aufsicht auf die Kathodenplatte 8. Ferner zeigt Figur 4 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Bipolarplatte 1 innerhalb des ersten Überschneidungsabschnitts 9 quer zum Verlauf der Kaihodenkanäle 41 Dieser mit A-Ä dargestellte Schnitt zeigt, dass innerhalb des ersten Überschneidungsabschnitts 9 die Kanalstege und/oder Kanalböden der Anodenplatte 7 und der Kathodenplatte 8 nicht miteinander in Kontakt stehen. Dies ergibt sich daraus, dass die

Anodenkanäle 31 versetzt zu den Kathodenkanälen 41 angeordnet sind. Insbesondere sind diese um eine Kanalbreite, insbesondere eine Kathodenkanalbreite, zueinander versetzt angeordnet. Daraus ergibt sich, dass die Kühlmittelkanäle 51 zwischen den jeweiligen Platten 7 und 8 nicht diskret verlaufen, also nicht lateral begrenzt und voneinander separiert sind, sondern dass vielmehr eine Querströmung zusätzlich zu der durch die Kanalführung definierten Hauptströmungsrichtung möglich ist. Da die Kühlmittelkanäle 51 , wie in Figur 4 gezeigt, der Gesamtheit der Kathodenkanäle 41 , also einem Kathodenflussfeld, in einem rechten Winkel zugeführt wird, ergibt sich eine Hauptströmungsrichtung des Kühlmittels innerhalb des zweiten Überschneidungsabschnitts 10 aus Kühlmittelkanälen 51 und Kathodenkanälen 41 (zweiter Überschneidungsabschnitt 10), welche quer zu den Kathodenkanälen 41 verläuft. Aufgrund dieser Hauptströmungsrichtung, insbesondere in Verbindung mit der im ersten

Überschneidungsabschnitt 9 ermöglichten Querströmung des Kühlmittels kann sich das Kühlmittel über die gesamte Breite des Kathodenflussfeldes nahezu ohne Druckverlust

verteilen.

In Figur 5 ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte 1 dargestellt, welcher im Wesentlichen der in Figur 4 gezeigten Bipolarplatte 1 jedoch mit Ansicht auf die Anodenplatte 8 entspricht. Im Verteilerbereich 2 und aktiven Bereich 6 ist sowohl die Struktur der Anodenplatte 7 als auch die Struktur der verdeckten Kathodenplatte 8 dargestellt. Es ist gezeigt, dass im aktiven Bereich 6 die Anodenkanile 31 und die Kathodenkanäle 41 , anders als im

Verteilerbereich 2, direkt übereinander angeordnet sind. In der gezeigten Aufsicht sind

Anodenkanile 31 und Kathodenkanäle 41 also deckungsgleich übereinander angeordnet. Die Kanalstege der Anoden- und Kathodenkanäle 31 und 41 bilden auf der Kühlmittelseite die Kanalböden der Kühlmittelkanäle 51 aus. Wie die Schnittdarstellung B-B im aktiven Bereich der Bipolarplatte 1 zeigt, sind im aktiven Bereich 6 diskrete Kühlmittelkanäle 51 ausgebildet. Eine Querströmung von Kühlmitte! zwischen benachbarten Kühlmittelkanälen 51 ist aufgrund des Kontakts zwischen Anodenplatte 7 und Kathodenplatte 8 im aktiven Bereich nicht möglich.

Der Kontakt der Anodenplatte 7 und der Kathodenplatte 8 im Bereich der Kanalböden der Anoden- und Kathodenkanäle 31 , 41 stellt zum einen eine elektrisch leitende Verbindung für die Reihenschaltung innerhalb des Brennstoffzellenstapels dar und weist zum anderen abstützende Funktion auf.

Figur 5 zeigt den Ausschnitt einer Anodenplatte 7 in einer anderen Ausgestaltung der

Erfindung. Im Vergleich zu der in den Figuren 2 bis 5 gezeigten Ausgestaltung weist die Anodenplatte im Verteilerbereich 2 eine abweichende Struktur auf. Grundsätzlich ist die in Figur 6 gezeigte Anodenplatte 7 ebenso aufgebaut wie die in Figur 3 gezeigte Anodenplatte 7. Sie weist im Verteilerbereich 2 drei Betriebsmittelhauptports, nämlich einen Kühlmittelhauptport 5, einen Kathodengashauptport 4 und einen Anodengashauptport 3 auf. Ausgehend vom

Anodengashauptport 3 führen Anodenkanäle 31 in Richtung eines Flussfeldes, Dabei verlaufen die Anodenkanäle 31 ebenso wie in Figur 3 in einem Bogen vom Anodengashauptport 3 zum Flussfeld, sodass sie in einem Winkel von 90° auf dieses treffen. Insbesondere treffen sie auf einen Überschneidungsabschnitt 11 im Flussfeld, der die Verbindung zwischen den portseitigen Anodenkanäle 31 und den Anodenkanälen 31 des aktiven Bereichs 6 darstellt. Die Größe und Form dieses Überschneidungsabschnittes 11 entspricht im Wesentlichen der Summe der in Figur 3 beschriebenen ersten und zweiten Überschneidungsabschnrtte 9 und 10. Er unterscheidet sich jedoch insbesondere darin vom ersten und zweiten

Überschneidungsabschnitt 9 und 10 _» dass das Profil der Anodenplatte 7 in diesem Bereich keine diskreten Kanalstrukturen ausbildet. Vielmehr verfügt dieser Bereich über separate noppenartigen Erhebungen 12, welche beispielsweise die Form von Kreisen, Ellipsen, Rauten oder Rechtecken haben können. In der dargestellten Ausführungsform zeigen sie die Form von Rauten. Diese sind in versetzten Reihen angeordnet und derart voneinander beabstandet, dass sich eine Vielzahl von Strömungswegen ausbildet. Somit wird der über den

Anodengashauptport 3 den Anodenkanälen 31 zugeführte Brennstoff in dem

Überschneidungsabschnitt 11 gleichmäßig im aktiven Bereich 6 verteilt.

Die in Figur 6 dargestellte Anodenplatte 7 kann mit einer äquivalent ausgeführten Kathodenplatte, oder mit der in Figur 2 gezeigten Kathodenplatte 8 zu einer Bipolarplatte 1 kombiniert werden.

Letztere Ausgestaltung ist in Figur 7 gezeigt. Figur 7 zeigt insbesondere den Verteilerbereich 2 der in Figur 6 gezeigten Anodenplatte 7 sowie einen Querschnitt durch die Bipolarplatte 1 innerhalb des Überschneidungsabschnitts 11 quer zu der Flussrichtung der Kathodenkanäle 41.

Die Querschnittszeichnung C-C zeigt, dass die rautenförmigen noppenartigen Erhebungen 12 der Anodenplatte 7 derart über der Kathodenplatte 8 angeordnet sind, dass Senken der Anodenplatte bzw. die Böden der Anodenkanäle 31 deckungsgleich mit den Stegen der Kanalstruktur der Kathoden platte 4 verlaufen. Somit kommt es im Überschneidungsabschnitt 11 des Verteilerbereiches 2 zu keinem Kontakt zwischen Anodenplatte 3 und Kathodenplatte 4. Der von Anodenplatte 7 und Kathodenplatte 8 eingeschlossene Kühlmittelflussbereich verfügt ebenso wie in der ersten Ausgestaltung im Überschneidungsabschnitt 11 nicht über diskrete Kanäle, sondern über ein Flussfeld. Vielmehr kann das Kühlmittel über die gesamte Breite b _a des Kaihodenflussfeldes ohne nennenswerten Druckverlust quer strömen und sich von dort aus über das Kathoden- und Anodenflussfeld bis hin über das Flussfeld des aktiven Bereiches verteilen.

Zur besseren Darstellung zeigt Figur 8 eine erfindungsgemäße Bipolarplatte 1 in der zweiten Ausgestaltung in einer Aufsicht auf die Kathodenplatte 4. Die Struktur der verdeckten

Anodenplatte 3 ist gestrichelt dargestellt. Bezugszeichenliste Bipolarplatte

Verteilerbereich

Anodengashauptport

Kathodengashauptport

Kühlmittelhauptport

aktiver Bereich

Anodenplatte

Kathodenplatte

erster Überschneidungsabschnitt

zweiter Überschneidungsabschnitt

dritter Oberschneidungsabschnitt

noppenartige Erhebungen Anodenkanäle

Kathodenkanäle

Kühlmittelkanäle Brennstoffzelle

erste Endplatte

zweite Endplatte

Bipolarplatte (Stand der Technik)

Membran-Elektroden-Einheit

Dichtungselement

Spannelement